바이오인

돌연사 원인 1위 심근경색, 면역반응 조절로 치료한다.

- 심근경색 부위 염증 완화와 이에 따른 심장 기능 개선 효과 검증

- 사멸세포 유래 나노소포체로 면역반응을 조절하는 새로운 치료법 제시

우리나라 성인 돌연사 원인 1위이자 사망원인 2위 질환인 심근경색은 초기 사망률이 30%이며, 의료기관에 후송돼 치료하는 경우에도 5~10% 정도가 사망하는 치명적인 질환이다. 2017년 99,647명에서 2021년 126,342명으로 5년 새 26.8% 늘어나는 등 국내 심근경색 환자 수는 가파른 증가추세를 보이고 있는데, 지금까지 약물요법, 경피적 동맥성형술과 동맥우회술이 치료법으로 알려져 있으나, 이에 반응하지 않는 중증에는 적용이 어려웠다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 생체재료연구센터 정윤기 책임연구원과 이주로 박사 연구팀은 가톨릭대학교 의과대학 박훈준 교수, 박봉우 박사와 함께 세포사멸이 유도된 섬유아세포¹⁾로부터 유래된 나노소포체²⁾를 활용해 면역반응을 조절하는 방식의 새로운 심근경색 치료법을 개발했다고 밝혔다.

심근경색은 심장에 혈액을 공급해 주는 혈관인 관상동맥이 좁아지거나 막히게 돼 심장근육에 충분한 혈액 공급이 이루어지지 못하게 되고, 이에 따라 심근에 영양 및 산소 결핍이 생겨 심장 기능 부진을 일으키는 허혈성 심장질환이다. 시장조사기관인 테크나비오(Technavio)에 따르면 전세계 심근경색 치료제 시장 규모는 2026년까지 연평균 4.7%의 성장률을 기록하며 20억 2,000만 달러에 이를 것으로 전망된다. 최근에는 엑소좀(exosome) 등의 줄기세포 유래 나노소포체(nanovesicles)를 이용해 염증반응을 조절하는 심근경색 치료제 연구가 수행되고 있으나, 줄기세포는 대량생산이 어려워 치료제의 경제성을 확보하는 데 한계가 있었다.

연구팀은 세포 내 생화학적 변화에 의해 자살하는 사멸세포(Apoptotic Cell)를 원료로 하는 나노의약품을 통해 심장근육의 염증반응을 감소시킴으로써 중증 심근경색 치료의 가능성을 확인했다. 이러한 반응은 허혈성 심근경색 질환 부위에 특이적인 펩타이드³⁾와 대식세포⁴⁾ 섭식에 특이적인 물질을 섬유아세포 표면에 부착함으로써 가능했는데, 이를 위해 연구팀은 표면이 개량된 섬유아세포의 세포사멸을 유도하여 항염증적인 특성을 가지면서도 심근경색 부위에 있는 대식세포에 특이적으로 전달될 수 있는 나노소포체를 개발했다.

동물실험에서는 쥐에게 정맥주사된 나노소포체가 심근경색 부위로 효과적으로 전달되고, 대식세포에만 특이적으로 다량 유입된 것을 확인했다. 그 결과, 좌심실의 수축력을 나타내는 지표인 '좌심실 박출률(LVEF⁵⁾)이 4주 동안 대조군에 비해서 1.5배 이상 증가하여 심박출량 개선 효과가 있음을 확인했다. 또한, 심근경색 부위에서 염증 완화 효과와 함께 심근경색 부위의 섬유화를 감소시키고 심장 내 혈관 보존율과 심근세포의 생존율이 높아지는 등 심장 기능이 향상됐다.

KIST 정윤기 박사는 “세포자살이 유도된 세포로부터 생산한 나노소포체를 이용해 심근경색 질환 치료에 적용한 최초 연구이며, 줄기세포가 아닌 일반 세포를 이용하기 때문에 대량생산이 가능한 장점을 갖고 있다”라며, “향후 가톨릭대 의과대학, 바이오기업과 공동연구를 통해 임상시험 등 치료의 유효성과 안전성 검증 연구를 진행할 계획"이라고 밝혔다.

본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원으로 한국연구재단 나노 및 소재기술개발사업(2021M3H4A1A04092878)과 세종과학펠로우십사업(2021R1C1C2010587)의 지원을 통해 수행되었으며, 연구 결과는 재료 분야 국제학술지 ‘Advanced Functional Materials’ (IF:19.0, JCR 분야 상위 4.7%) 6월호에 게재됐다.

* Targeted Delivery of Apoptotic Cell-Derived Nanovesicles prevents Cardiac Remodeling and Attenuates Cardiac Function Exacerbation

1) 인체 내에서 발견되는 여러 종류의 세포 중 하나로, 주로 결합 조직의 주요 구성 요소인 섬유를 생성

2) 세포 내에서 특정 물질들을 운반하고 전달하는 데 사용되는 0.001mm 크기 이하의 소포체

3) 아미노산이 펩타이드 결합(공유결합의 한 형태)을 통해 연결된 생체 구성 물질로서 대사 및 생명현상에 관여

4) 세균이나 외부 세포 및 죽은 세포를 삼키는 세포로 손상 부위의 자연 치유에 관여

5) Left Ventricular Ejection Fraction

논문 정보

□ 논문

○ 제목: Targeted Delivery of Apoptotic Cell-Derived Nanovesicles prevents Cardiac Remodeling and Attenuates Cardiac Function Exacerbation

○ 학술지: Advanced Functional Materials

○ 게재일: 2023. 6. 2.

○ DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.202210864

□ 저자

○ 이주로 박사후연구원(제1저자/하버드 의과대학), 박훈준 교수(제1저자/카톨릭대학교 의과대학), 정윤기 책임연구원(교신저자/KIST), 박봉우 박사(교신저자/카톨릭대학교 의과대학)

□ 내용 요약

○ 연구배경

○ 연구내용

○ 기대효과

연구결과 문답

□ 연구를 시작한 계기나 배경은?

□ 이번 성과, 무엇이 다른가?

□ 실용화된다면 어떻게 활용될 수 있나?